JP2010137660A - ロッド接続構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ロッドの座屈方向を特定することができるロッドユニットを提供する。
【解決手段】タイロッド１４は、第１ロッド２４、第２ロッド２５および座屈部材４６を備えている。座屈部材４６は、第１ロッド２４と第２ロッド２５とを同軸に接続している。座屈部材４６は、鋼製の長尺部材であり、略円筒形状に形成されている。座屈部材４６の中間部分には、座屈部としての楕円筒部５３が形成されている。この楕円筒部５３は、横断面形状が外郭楕円形をなしている。座屈部が楕円筒部５３によって形成されているので、タイロッド１４に過大な荷重が加わった際には、楕円筒部５３がその短軸方向である二方向のいずれかに向けて座屈し易い。
【選択図】図２

Description

本発明は、ステアリング装置のラック軸に第１ボールジョイントを介して連結される第１ロッドと、ナックルアームに第２ボールジョイントを介して連結される第２ロッドとを同軸に接続するロッド接続構造に関する。

自動車用のラックアンドピニオン式ステアリング装置は、ピニオンの回転に伴いラック軸（転舵軸）が軸方向に移動することで、転舵輪を操向するようになっている。具体的には、筒状のラックハウジングに挿通されたラック軸の両端部に、インナーボールジョイントを介してタイロッドの一端がそれぞれ連結されている。また、タイロッドの他端には、アウターボールジョイントを介してナックルアームが連結されている。これにより、ラック軸の軸方向の移動に伴い各タイロッドが移動し、各タイロッドに連結されたナックルアームが回動して転舵輪が転舵する。

転蛇輪が縁石に乗り上げた場合など転蛇輪に過大な荷重が加わったときにその衝撃によりステアリングギアが破損することを回避するため、タイロッドの中間部分には座屈部が設けられている。そして、座屈部の座屈した後もタイロッドは屈曲するが千切れないので、座屈部の座屈後に、ステアリング操作を行うことが可能である。このボールジョイントの座屈部に関する先行技術として、たとえば、特許文献１および特許文献２で提案されている構成を挙げることができる。

特許文献１では、タイロッドの中間部分の所定箇所に、周囲よりも小径の座屈用溝を形成した構成が提案されている。
特許文献２では、ボールスタッドのスタッド軸に、周囲よりも径方向外方に突出する複数の隆起部が連続する座屈部が形成されている。
特開平６−５５２３７号公報 特開２０００−６５０３９号公報

ところが、特許文献１および特許文献２で提案されている構成では、タイロッド（ロッド）の座屈部の横断面形状が真円であるので、座屈部の座屈に伴いロッドが屈曲する方向（以下、「ロッドの座屈方向」という。）が特定できない。このため、座屈後のロッドがこのロッドの周囲に配置されたエンジン、シャシーフレームおよび樹脂ホースなどの部材（以下、「周囲の部材」という。）と接触するおそれがある。座屈後のタイロッドが周囲の部材と接触すると、ロッドが当該周囲の部材に干渉し、ステアリング装置のステアリング機能が失われるおそれがあるばかりか、座屈後のロッドにより、周囲の部材が破損するおそれもある。

そこで、この発明は、ロッドの座屈方向を特定することができるロッドユニットを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、ステアリング装置（１）のラック軸（７）に第１ボールジョイント（１２）を介して連結される第１ロッド（２４）と、ナックルアーム（４１）に第２ボールジョイント（１３）を介して連結される第２ロッド（２５）とを同軸に接続する接続構造であって、所定長さの部材からなり、両端部が前記第１ロッドおよび前記第２ロッドにそれぞれ連結されて、前記第１ロッドと前記第２ロッドとを接続する座屈部材（４６；６１）を備え、前記座屈部材は、過大な荷重が加わったときに座屈する座屈部（５３；６２）を有し、前記座屈部が、座屈部が予め定める一方向または予め定める二方向に向けて座屈し易い形状に形成されている、ロッド接続構造である。

なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
この構成によれば、座屈部材の座屈部が一方向または二方向に向けて座屈し易い。このため、互いに接続された第１および第２ロッドの座屈方向を特定することができる。そして、第１および第２ロッドから見て座屈方向の領域に部材を配置しないようにすれば、座屈部が座屈した場合であっても、座屈後の第１および第２ロッドが周囲の部材に接触しない。

したがって、ステアリング装置のステアリング機能が喪失することを防止することができる。また、座屈後の第１および第２ロッドが周囲の部材などを破損することを防止することもできる。
前記座屈部の断面形状が外郭楕円形状であってもよい（請求項２）。この場合、ロッドの座屈方向を予め定める二方向に特定することができる。

また、前記座屈部の断面形状が外郭偏楕円形状であってもよい（請求項３）。この明細書において、「偏楕円形状」とは、楕円において、楕円と、この楕円の長軸方向に沿う直線とが交差する２点を線分で結ぶ場合において、大きい方の楕円部分と、当該線分とで囲まれた図形をいう。この場合、ロッドの座屈方向を予め定める一方向に特定することができる。

さらに、前記座屈部材の一端部（４６ａ）は、前記第１ロッドにねじ結合されており、前記座屈部材の他端部（４６ｂ）は、前記第２ロッドに固着されていることが好ましい（請求項４）。
この構成によれば、座屈部材が第２ロッドに固定されており、その座屈部材に対する第１ロッドのねじ込み量を調整するので、座屈部材の回転方向の姿勢を保ちつつ、トーイン角の調整を行うことができる。これにより、第１および第２ロッドの座屈方向を正確に規定することができる。

以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の一実施形態にかかるロッド接続構造が採用されたタイロッド１４が搭載されたステアリング装置１の概略構成を示す模式図である。ステアリング装置１は、操舵部材としてのステアリングホイール２と、転舵輪(図示せず)を転舵する転舵機構としてのラックアンドピニオン機構３とを備えている。

ステアリングホイール２は、ステアリングシャフト４および中間軸５を介して、ラックアンドピニオン機構３に連結されている。ステアリングホイール２の回転は、ステアリングシャフト４および中間軸５を介してラックアンドピニオン機構３に伝達される。
ラックアンドピニオン機構３は、ピニオン軸６およびラック軸７を備えている。ピニオン軸６は、中間軸５に連結された軸部８と、この軸部８の先端に連結されたピニオン９とを含む。ステアリングホイール２の回転は、ステアリングシャフト４および中間軸５を介してピニオン軸６に伝達される。

ラック軸７は、車両の左右方向に沿って延びている。ラック軸７には、ラック１０が形成されている。ピニオン９およびラック１０は、互いに噛み合わされている。ピニオン軸６の回転は、ラック１０およびピニオン９により、ラック軸７の軸方向移動に変換される。
ラック軸７は筒状のラックハウジング１１に挿通されている。ラック軸７の両端部は、それぞれラックハウジング１１から突出している。ラック軸７の各端部（いわゆるラックエンド）には、第１ボールジョイントとしてのインナーボールジョイント１２を介して、タイロッド１４の一端が連結されている。また、タイロッド１４の他端（いわゆるタイロッドエンド）には、第２ボールジョイントとしてのアウターボールジョイント（タイロッドエンド用ボールジョイント）１３が設けられている。このアウターボールジョイント１３は、ナックルとしてのナックルアーム４１（図２参照）を介して転舵輪に連結されている。

また、ラックハウジング１１の各端部には、筒状のラックブーツ１５が配置されている。各ラックブーツ１５の一端は、ラックハウジング１１の端部に外嵌されており、当該端部に固定されている。また、各ラックブーツ１５の他端は、タイロッド１４の一端に外嵌されており、当該一端に固定されている。ラックハウジング１１の端部およびインナーボールジョイント１２は、対応するラックブーツ１５により覆われている。このラックブーツ１５によって、水や埃などの異物が、ラックハウジング１１内やインナーボールジョイント１２内に進入することが防止されている。

操舵操作（回転操作）では、前述したように、ステアリングホイール２の回転がステアリングシャフト４および中間軸５によってピニオン軸６に伝達され、ピニオン９の回転がラック１０を通じてラック軸７の軸方向移動に変換される。そのときのラック軸７の軸方向移動は、インナーボールジョイント１２を介してタイロッド１４に伝えられ、さらに、タイロッド１４の動きがアウターボールジョイント１３を介してナックルアーム４１（図２参照）へと伝えられる。

図２は、インナーボールジョイント１２およびアウターボールジョイント１３を含むロッドユニット４４の平面図である。
ロッドユニット４４は、インナーボールジョイント１２と、アウターボールジョイント１３と、インナーボールジョイント１２から延びる第１ロッド２４と、アウターボールジョイント１３から延びる第２ロッド２５と、第１ロッド２４と第２ロッド２５とを同軸に接続する座屈部材４６とを備えている。

インナーボールジョイント１２は、ラック軸７の端部に連結されるハウジング１６と、このハウジング１６内に収容されたカップ状の樹脂シート１７と、ハウジング１６に、樹脂シート１７に対して摺動可能に支持された第１球頭部２３とを備えている。第１球頭部２３は、ハウジング１６に、樹脂シート１７に対して摺動可能に支持されている。
ハウジング１６は、カップ状を有しており、炭素鋼などの鋼を用いて形成されている。ハウジング１６の内部には、第１球頭部２３および樹脂シート１７が収容されるようになっている。ハウジング１６の底部には、ラック軸７の端部に連結される連結部２０が設けられている。

第１球頭部２３は球面状の外表面を有しており、樹脂シート１７に覆われた状態でハウジング１６に収容されている。この第１球頭部２３から第１ロッド２４が一体的に突出して形成されている。第１ロッド２４の先端部（図２では右端部）の外周面には、雄ねじ２６が形成されている。第１球頭部２３と、第１ロッド２４とによって第１ボールスタッド１８が構成されている。この第１ボールスタッド１８は、炭素鋼などの鋼を用いて一体に形成されている。

第１ボールスタッド１８は、第１球頭部２３を支点として、ハウジング１６に対して揺動可能となっている。したがって、ラック軸７（図１参照）の軸方向への動きは、軸方向へ直線的にタイロッド１４に伝達されるのではなく、インナーボールジョイント１２によって揺動する角度方向へ伝達される。
樹脂シート１７は、カップ状をなしており、ハウジング１６の内部に収容された状態で、第１球頭部２３の外表面に沿う形状に変形している。樹脂シート１７と第１球頭部２３との間には、グリース等の潤滑剤が充填されている。この樹脂シート１７は、たとえば、ポリアセタール（ＰＯＭ）やＰＥＥＫなどの材料を用いて形成されている。または、ポリウレタンやポリエステルなどのゴム状の材料（エラストマー）を用いて形成されても良い。

樹脂シート１７には、ハウジング１６の中心軸線と同心の通孔５１が形成されている。通孔５１が形成されているために、第１球頭部２３から樹脂シート１７に力が加わったときに、樹脂シート１７が弾性的に変形し、その衝撃を緩和させるようになる。通孔５１には、グリースなどの潤滑剤が充填されている。
アウターボールジョイント１３は、カップ状のハウジング２９と、ハウジング２９内に収容された樹脂シート３０と、ハウジング２９および樹脂シート３０によって揺動可能に支持された第２ボールスタッド３１とを備えている。

ハウジング２９は、樹脂シート３０がその内側に配置された円筒３２と、この円筒３２の一端（図２では下端）を塞ぐように当該一端に固定された閉鎖板３３とを含む。
ハウジング２９の開放側端部、すなわち、円筒３２の他端部（図２で示す上端部）には、その内面が半径方向内方に突出した突出部３８が形成されている。そのため、円筒３２の他端部（図２では上端部）は、円筒３２の他の部分に比べてその内径が小径にされている。

樹脂シート３０は、突出部３８と閉鎖板３３との間で保持されている。樹脂シート３０はカップ状をなしており、ハウジング２９内に収容された状態で、第２球頭部３９の外表面に沿う形状に変形している。
第２ボールスタッド３１は、球面状の外表面を有する第２球頭部３９と、この第２球頭部３９から突出するスタッド軸４０とを備え、炭素鋼などの鋼を用いて一体に形成されている。第２球頭部３９は、樹脂シート３０に覆われた状態でハウジング２９に収容されている。樹脂シート３０と第２球頭部３９との間には、グリース等の潤滑剤が充填されている。スタッド軸４０は、ハウジング２９から突出している。ハウジング２９の円筒３２からは、第２ロッド２５が一体に延びている。すなわち、第２ロッド２５は円筒３２に一体に形成されている。

第２球頭部３９は、樹脂シート３０に対して摺動可能となっている。また、第２ボールスタッド３１は、ハウジング２９の中心軸線まわりに回転可能となっている。アウターボールジョイント１３により、タイロッド１４の動きをその揺動する角度方向へ向けてナックルアーム４１に伝達する。
ハウジング２９および第２ボールスタッド３１には、筒状のカバー４２が取り付けられている。カバー４２の一端は、ハウジング２９の開放側端部に外嵌されて、この開放側端部に固定されている。また、カバー４２の他端は、第２ボールスタッド３１のスタッド軸４０に外嵌されて、このスタッド軸４０に固定されている。ハウジング２９の開放側端部およびスタッド軸４０の一部は、カバー４２によって覆われている。このカバー４２によって、水や埃などの異物が、アウターボールジョイント１３内に進入することが防止されている。

第１ロッド２４と第２ロッド２５とは座屈部材４６を介して同軸に接続されている。これら第１ロッド２４、第２ロッド２５および座屈部材４６によって、タイロッド１４が構成されている。
座屈部材４６は、略円筒形状に形成されている。この座屈部材４６は、炭素鋼などの鋼を用いて形成されている。座屈部材４６は、一端部４６ａ（図２では左端部）側に形成された大径円筒部４７と、他端部４６ｂ（図２では右端部）側に形成された小径部４８と、大径円筒部４７と小径部４８とを接続する傘状部４９とを備えている。この座屈部材４６は、鋼製の円筒パイプにプレス加工を施すことにより形成されている。座屈部材４６は、鋼製の円筒パイプに絞り加工を施すことにより形成されていてもよい。

座屈部材４６の一端部４６ａ（図２では左端部）は、第１ロッド２４の雄ねじ２６に外嵌されて固定されている。座屈部材４６の一端部４６ａの内周面には雌ねじ２７が形成されている。第１ロッド２４の雄ねじ２６に座屈部材４６の雌ねじ２７が螺合されて、座屈部材４６が第１ロッド２４に同軸に連結される。第１ロッド２４および座屈部材４６は、ロックナット２８によって互いに固定されている。

座屈部材４６の他端部４６ｂ（図２では右端部）は第２ロッド２５の一端部（図２では左端部）に内嵌して固着されることにより、座屈部材４６が第１ロッド２４に同軸に連結される。
図３は、図２に示す座屈部材４６の横断面図である。図３（ａ）は、図２に示す切断面線Ａ−Ａから見た断面図であり、図３（ｂ）は、図２に示す切断面線Ｂ−Ｂから見た断面図であり、図３（ｃ）は、図２に示す切断面線Ｃ−Ｃから見た断面図である。

図２および図３を参照して、座屈部材４６について説明する。
図３（ａ）に示すように、大径円筒部４７の外径はＤ１に設定されている。小径部４８は、図３（ｃ）に示すように、外径がＤ２（Ｄ２＜Ｄ１）の円筒形状に形成されている。小径部４８の中間部分（切断面線Ｂ−Ｂにより切断される部分）には、座屈部としての楕円筒部５３が形成されている。この楕円筒部５３は、図３（ｂ）に示すように、横断面形状が外郭楕円形をなしている。この楕円筒部５３の長軸の外径（長軸径）は、小径部４８の外径と同じＤ２に設定されており、楕円筒部５３の短軸の外径（短軸径）はＤ３（Ｄ３＜Ｄ２）に設定されている。すなわち、楕円筒部５３の長軸径が小径部４８の外径と同じ大きさであり、楕円筒部５３の短軸径が小径部の外径よりも小さい。また、インナーボールジョイント１２とアウターボールジョイント１３との接続状態では、インナーボールジョイント１２の第１球頭部２３と、アウターボールジョイント１３の第２球頭部３９との間のほぼ中央位置に、座屈部材４６の楕円筒部５３が位置している。

タイロッド１４に過大な荷重が加わった際には、楕円筒部５３が座屈する。座屈部が楕円筒部５３によって形成されているので、楕円筒部５３が、その短軸方向である方向Ｅ（図３（ｃ）参照）または方向Ｆ（図３（ｃ）参照）のいずれかに向けて座屈し易い。
次に、ロッドユニット４４の組み付けについて説明する。
まず、座屈部材４６の他端部を、第２ロッド２５の一端部（図２では左端部）に形成された嵌合溝５０に収容する。このとき、タイロッド１４から見て方向Ｅおよび方向Ｆの領域に周囲の部材が配置されないように、座屈部材４６の回転方向の姿勢を規定する。

次いで、第２ロッド２５の第２ロッド２５の一端部（図２では左端部）が小径にかしめ変形されて、第２ロッドの外周部にかしめ部５２が形成される。これにより、座屈部材４６の第２ロッド２５への固着が達成される。
次いで、雄ねじ２６を雌ねじ２７に螺合する。雌ねじ２７に対する雄ねじ２６のねじ込み量は、第１ロッド２４を回転させ調節した後、ロックナット２８により固定されることにより調整される。これにより、雌ねじ２７に対する雄ねじ２６のねじ込み量を調節することにより、転舵輪のトーイン角を調節することができる。

このように、座屈部材４６が第２ロッド２５に固定されており、その座屈部材４６の雌ねじ２７に対する第１ロッド２４の雄ねじ２６のねじ込み量を調整するので、座屈部材４６の回転方向の姿勢を保ちつつ、トーイン角の調整を行うことができる。これにより、タイロッド１４の座屈方向を正確に規定することができる。
以上によりこの実施形態によれば、座屈部材４６の楕円筒部５３が短軸方向の二方向（方向Ｅまたは方向Ｆ）のいずれかに向けて座屈し易い。これにより、タイロッド１４の座屈方向を特定することができる。そして、タイロッド１４から見て方向Ｅおよび方向Ｆの双方の領域に周囲の部材を配置しないようにすれば、楕円筒部５３が座屈した場合であっても、座屈後のタイロッド１４が周囲の部材に接触しない。

したがって、座屈後のタイロッド１４が周囲の部材と干渉することを防止し、ステアリング装置１のステアリング機能が喪失することを防止することができる。また、座屈後のタイロッド１４が周囲の部材を破損することを防止することもできる。
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は、他の形態で実施することもできる。

図４は、本発明の他の実施形態にかかるロッド接続構造が採用されたタイロッド６０の座屈部材６１の要部断面図である。この図４は、図２に示す切断面線Ｃ−Ｃで切断している。
この実施形態において、図１〜図３に示す実施形態に示された各部に対応する部分には、図１〜図３と同一の参照符号を付して示し、説明を省略する。

この図４に示す座屈部材６１が図１〜図３に示す実施形態にかかる座屈部材６１と相違する点は、座屈部材６１には、座屈部として偏楕円筒部６２が形成されている点である。
偏楕円筒部６２は、その横断面形状が偏楕円形状をなしている。この偏楕円形状は、図３（ｃ）に示す楕円筒部５３の断面形状と比較して、楕円における短軸側の端部領域がＳ（Ｓ＜Ｄ３／２）だけ詰められている。

この図４の実施形態によれば、タイロッド６０に過大な荷重が加わった際に、座屈部材６１の偏楕円筒部６２が短軸方向の一方向である方向Ｇに向けて座屈し易い。これにより、タイロッド６０の座屈方向を特定することができる。そして、タイロッド６０から見て方向Ｇの領域に周囲の部材を配置しないようにすれば、偏楕円筒部６２が座屈した場合であっても、座屈後のタイロッド６０が周囲の部材に接触しない。

以上、この発明の２つの実施形態について説明したが、この発明は、さらに他の形態で実施することもできる。
前述の２つの実施形態では、前述の各実施形態では、各座屈部材４６，６０が中空部材である場合を例に挙げて説明したが、各座屈部材４６，６０を、一端部４６ａを除いて中実としてよい。しかし、座屈部材４６，６０として中実部材を用いる場合は、座屈部としての楕円筒部５３（偏楕円筒部６２）の長軸径Ｄ２が第１ロッド２４の外径および第２ロッド２５の外径の双方よりも小さく設定されている必要がある。

また、座屈部の横断面形状が楕円形状（外郭楕円形状）および偏楕円形状（外郭偏楕円形状）である場合を例に挙げて説明したが、半円状や半楕円など他の断面形状を有していてもよい。かかる場合においても、座屈部が一方向に向けて座屈し易いので、タイロッドの座屈方向を特定することができる。
さらに、座屈部材４６，６０の形状や軸径、材質などを適宜変更することにより、座屈強度を任意に調節することができる。

また、前述の２つの実施形態では、第１ロッド２４がインナーボールジョイント１２の第１球頭部２３と一体に形成されているとして説明したが、第１ロッド２４が第１球頭部２３と別の部材で形成されていてもよい。同様に、第２ロッド２５がアウターボールジョイント１３の一部であるハウジング２９と一体に形成されているとして説明したが、第２ロッド２５がハウジング２９と別の部材で形成されていてもよい。

さらにまた、前述の２つの実施形態では、座屈部材４６，６０と第２ロッド２５とをかしめ結合により結合させるものとして説明したが、座屈部材４６，６０と第２ロッド２５との結合は、圧入および接着によって達成されていてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

本発明の一実施形態にかかるロッド接続構造が採用されたタイロッドが搭載されたステアリング装置の概略構成を示す模式図である。 インナーボールジョイントおよびアウターボールジョイントを含むロッドユニットの平面図である。 図２に示す座屈部材の横断面図である。 本発明の他の実施形態にかかるロッド接続構造が採用されたタイロッドの座屈部材の要部断面図である。

符号の説明

１…ステアリング装置、７…ラック軸、１２…インナーボールジョイント（第１ボールジョイント）、１３…アウタナーボールジョイント（第２ボールジョイント）、２４…第１ロッド、２５…第２ロッド、４１…ナックルアーム、４６…座屈部材、５３…楕円筒部（座屈部）、６２…偏楕円筒部（座屈部）

Claims (4)

1. ステアリング装置のラック軸に第１ボールジョイントを介して連結される第１ロッドと、ナックルアームに第２ボールジョイントを介して連結される第２ロッドとを同軸に接続する接続構造であって、
   所定長さの部材からなり、両端部が前記第１ロッドおよび前記第２ロッドにそれぞれ連結されて、前記第１ロッドと前記第２ロッドとを接続する座屈部材を備え、
   前記座屈部材は、過大な荷重が加わったときに座屈する座屈部を有し、
   前記座屈部が、座屈部が予め定める一方向または予め定める二方向に向けて座屈し易い形状に形成されている、ロッド接続構造。
2. 前記座屈部の断面形状が外郭楕円形状である、請求項１記載のロッド接続構造。
3. 前記座屈部の外郭形状が外郭偏楕円形状である、請求項１記載のロッド接続構造。
4. 前記座屈部材の一端部は、前記第１ロッドにねじ結合されており、
   前記座屈部材の他端部は、前記第２ロッドに固着されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のロッド接続構造。

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